JP2020127260A - 電力変換装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係わる電力変換装置の構成を示すブロック図である。同図において、100は電力変換装置を示し、1は電力変換装置100に結合された回転機(発電機部)を示し、104は電力変換装置100に結合された上位装置を示している。電力変換装置100は、回路部101と、マイコン部102と、操作部103とを備えている。回路部101、マイコン部102および操作部103のそれぞれは、複数の回路ブロックによって構成されているが、図面が複雑になるのを避けるために、同図には、それぞれの回路ブロックの機能または処理が描かれている。
回路部101は、複数のスイッチング素子2と、平滑コンデンサ3と、直流電圧検出回路4と、周波数検出回路5と、検出回路DT_UおよびDT_Wとを備えている。スイッチング素子2は、IGBTTRと、IGBTのコレクター・エミッタ経路と並列接続された還流ダイオードDDとを備えている。スイッチング素子2は、図1に示すように、誘起電圧U、VおよびWが供給される配線LU、LVおよびLWと、配線LP、LNとの間に接続されている。
操作部103は、パラメータ設定器10と、表示部15とを備えている。表示部15は、マイコン部102から供給された情報を表示する。パラメータ設定器10は、電力変換装置100を動作させるために必要なパラメータを後で説明する記憶部11に設定するものである。設定するパラメータとしては、誘起電圧定数、減磁判定閾値、目標電圧、起動電圧である。これらのパラメータは、例えばユーザが、パラメータ設定器10を操作することにより、記憶部11に記憶される。なお、図1では省略しているが、操作部103は、電力変換側通信部を備えている。この電力変換側通信部は、上位装置104内の上位装置側通信部16との間で通信を行う。例えば、上位装置104からの指示が、通信によって、電力変換装置100に通知される。また、減磁の状況等に係わる情報が、電力変換側通信部から、上位装置104へ報知される。
図1には、マイコン部102おいて実行される処理が、回路ブロックとして示されている。マイコン部102は、直流電圧検出部6、回転数再現器7、直流電圧再現器(算出部)8、判定部(比較部)9、記憶部11、直流電圧制御部12、遮断器13、PWM制御器14、スイッチ23およびベクトル制御部24を備えている。
図2は、実施の形態1に係わる周波数検出回路の構成を示す回路図である。周波数検出回路5は、分圧回路17A〜17Cと、フィルタ回路18A〜18Cと、コンパレータ19A、19Bと、プルアップ回路20A、20Bと、フィルタ回路21A、21Bとを備えている。特に制限されないが、分圧回路17A〜17Cは、互いに同じ構成を有しており、フィルタ回路18A〜18Cも、互いに同じ構成を有しており、フィルタ回路21Aおよび21Bも、互いに同じ構成を有している。
図3は、実施の形態1に係わる周波数検出回路および回転数再現器を説明するためのタイミングチャート図である。
パラメータ設定器10によって設定される誘起電圧定数は、回転機1の回転数(min−1)と発生する誘起電圧(V)との関係を定める定数である。直流電圧再現器8には、回転数再現器7において推定された回転機1の回転速度と記憶部11から誘起電圧定数が供給されている。直流電圧再現器8は、供給された回転速度から回転数を求め、求めた回転数と誘起電圧定数とから、回転機1で発生する誘起電圧を推定し、直流電圧再現値として出力する。例えば、直流電圧再現器8は、求めた回転数と誘起電圧定数との間で演算を実行することにより、誘起電圧を推定する。
判定部9による判定を、図面を用いて説明する。図4および図5は、実施の形態1に係わる電力変換装置の起動シーケンスを示す電圧波形図である。図4には、回転機1内の磁石、例えば回転子の磁石が減磁されていない場合の起動シーケンスが示され、図5には、磁石が減磁されている場合の起動シーケンスが示されている。図4および図5において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。
先ず、減磁されていない正常な場合の起動シーケンスを、図4を参照して述べる。回転機1が回転し、回転数が最高回転数に到達した後、図1に示したスイッチング素子2を動作させる。スイッチング素子2が動作することにより、昇圧動作が行われ、電力変換装置100から出力される電圧が上昇する。出力される電圧が、目標電圧に到達すると、電力変換装置100においては、出力される電圧が目標電圧を維持するように、PWM信号によって、スイッチング素子2のスイッチング動作が制御される。
回転機1は、遮断器13が判定部9によって遮断されている状態で、回転を始める。回転機1が回転を始めることにより、誘起電圧が発生し、回転数の上昇に応じて誘起電圧も上昇する。このとき、スイッチング素子2は動作していない、すなわちスイッチング素子2内のIGBTTRはオフ状態となっているが、スイッチング素子2内の還流ダイオードDDと平滑コンデンサ3により構成された三相全波整流回路によって、三相交流の誘起電圧U、V、Wは直流電圧に変換される。この変換された直流電圧も、回転機1の回転数の上昇に応じて、図4の実線で示すように上昇する。
図5の場合、減磁しているため、回転機1の回転数が上昇しても、回転機1によって発生する誘起電圧は低い状態となっている。
直流電圧検出回路4は、平滑コンデンサ3の両端の電圧を、図2で説明した分圧回路17Aと同様な構成の分圧回路によって降圧し、降圧により得られた電圧を、オペアンプ等を介して出力するように構成されている。降圧することにより、平滑コンデンサ3の両端の電圧は、マイコン部102の入力電圧範囲に整合したアナログ信号に変換される。
図6は、実施の形態2に係わる電力変換装置の起動シーケンスを示す電圧波形図である。実施の形態2では、回転機1の回転数のバラツキを考慮した電力変換装置が提供される。
実施の形態3に係わる電力変換装置においては、回転機1の減磁前後の誘起電圧が比較され、比較により求めた差が所定の閾値を超えている場合に、減磁が発生していると判定する。具体的に述べると、減磁前の誘起電圧は、発電機を設置した際の試運転時等で測定する。この場合、回転機の回転数も測定する。測定した減磁前の誘起電圧と回転数は、電力変換装置に搭載されている電気的に書き換え可能な不揮発性メモリに記録しておく。
2 スイッチング素子
3 平滑コンデンサ
100 電力変換装置
101 回路部
102 マイコン部
103 操作部
104 上位装置
U、V、W 誘起電圧
Claims (6)
- 発電機のモータ定数を記憶する記憶部と、
前記モータ定数と、前記発電機の回転機の回転数とを用いて、基準電圧を算出する算出部と、
前記回転機が回転中に測定した測定電圧と、前記基準電圧とを比較し差分を検出する比較部と、
前記差分が、所定の閾値を超えているとき、報知する報知部と、
を備える、電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
コンデンサを有し、前記回転機に接続され、前記回転機が回転することにより誘起される電圧を平滑する平滑回路を備え、
前記測定電圧は、前記コンデンサに印加される電圧によって求められる、電力変換装置。 - 請求項2に記載の電力変換装置において、
前記回転機および前記平滑回路に接続され、前記回転機の回転に応じてスイッチング制御される複数のスイッチング素子を備え、
前記測定電圧の測定が行われているとき、前記複数のスイッチング素子は動作を停止している、電力変換装置。 - 発電機のモータ定数と、前記発電機の回転機の回転数とを用いて、前記回転機の回転により誘起される基準電圧を算出する算出部と、
前記回転機の回転に応じてスイッチング制御される複数のスイッチング素子と、
を備え、
前記複数のスイッチング素子を動作させる前に、前記算出部で算出された基準電圧と、前記回転機の回転により誘起される測定電圧とを比較し、前記基準電圧と前記測定電圧との差分が、所定の閾値を超えているか否かを判定する判定工程を備える、電力変換装置の制御方法。 - 請求項4に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記判定工程において、前記差分が、前記所定の閾値を超えていると判定されたとき、減磁を報知する、電力変換装置の制御方法。 - 請求項5に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記基準電圧は、所定の許容電圧範囲を有し、
前記判定工程では、所定の期間における前記測定電圧が、前記所定の許容電圧範囲を外れているか否かの判定が行われる、電力変換装置の制御方法。
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